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Moteur compound universel léger à cycle mixte, à combustion biphasée.
La présente invention a trait à un moteur compound universel léger, à cycle mixte, à combustion biphasée, et à suralimentation automatique sans mécanisme'destiné à consommer simultanément ou séparément les carburants volatils et les huiles lourdes minérales ou végétales.
Ce moteur est notamment adaptable à l'automobile et à l'avia- tion mais ne comporte aucune limite ni restriction de dimensions d'emplois et de puissance..
Il est dénommé compound, c'est-à-dire composé, parce qu'il y a une analogie entre ses caractéristiques de marche et celle d'une machine à vapeur du même nom.
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II est universel parce qu' il peut consommer sans aucunhange- ment d'organes et de ses propres moyens : soit des carburants volatils -obnt l'essence peut servir de prototype en l'occurence-, soit des huiles lourdes comme le gaz-oil (minérales) ou des huiles de palme ou d'arachides (végétales), soit encore le mélange d'huiles lourdes et volatiles
Il est léger parce qu'il peut tourner très vite du fait qu'il comporte deux pistons primaires commençant seulement la combustion qui se termine dans un piston compound central donnant ainsi à l'élé- ment carbone le temps matériel de pouvoir brûler.
Le fait de faire circuler le feu du primaire dans le compound permet d'obtenir dans celui-ci du gaz carbonique, symbole de la combustion totale et pratiquement terminée du carbone.
Le rôle du compound est d'achever dans une seconde phase la combustion commencée par chacun des primaires. D'où appelation 'tmoteur à combustion biphasée".
Le moteur est dit à cycle mixte parce que les cylindres primai- res fonctionnent suivant le cycle.à quatre temps et que le com- pound fonctionne suivant le cycle à deux temps.
Enfin,' il est à suralimentation automatique, parce que sans l'intermédiaire d'aucun mécanisme, (soupapes ou autre), l'air de la carburation ou de la combustion arrive de l'extérieur, pénètre dans les cylindres sous une pression que l'on peut à loisir comman- der. On a donc par suite la faculté entière de diriger la combus- tion.
L'invention sera d'ailleurs mieux comprise au cours de la description suivante et en se référant au dessin annexé qui montre schématiquement les particularités de la conception du moteur et de son fonctionnement, et notamment: fig.l, une coupe longitudinale et verticale de l'ensemble sui- vant un plan passant par l'axe du vilebrequin et des cylindres: le piston central étant au point mort bas; fig.2, la même coupe, le piston central au point mort haut; fig.3, une vue longitudinale en élévation; fig.4, en coupe par l'axe du premier cylindre par un plan
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perpendiculaire à l'axe longitudinal du vilebrequin; fig.5, une coupe du cylindre central suivant le même plan précé- dent; fig.6, une vue en plan d'une coupe horizontale des cylindres montrant leur disposition sur le carter.
Le moteur se'compose essentiellement de deux cylindres pri- maires 1 et l'et d'un cylindre central 2 placé entre les précé- dents.
Dans les cylindres 1 et 1' se meuvent les pistons moteurs 3 et 3' fonctionnant suivant le cycle à quatre temps de Beau de Rochas.
Le cylindre central 2 est d'un diamètre plus grand que celui- des deux cylindres égaux 1 et 1'. Dans le cylindre 2 se déplace un piston 4 servant à prolonger, par son déplacement et son appoint d'air frais, le temps nécessaire à la combustion plus lente du car- bone d'une part et d'autre part servant d'organe de détente des gaz et d'échappement. Le cylindre 2 fonctionne suivant le cycle à deux temps connu et couramment employé.
A la base des cylindres est réalisé un carter 5, en métal léger, comportant trois cases étanches 5a,5b,5c réalisées au moyen de cloisons étanches 5' et 5". C'est dans les ditea cases que tournent les manetons de l'arbre moteur,6,0
L'arbre moteur ou vilebrequin 6 présente des flasques circu- laires au plus grand diamètre et du plus grand encombrement possi- ble dans le but de réduire au minimum l'espace mort.
Sur l'arbre 6, est calé le volant 7 porteur d'aubes 7a,7a' ayant pour but d'aspirer de l'air venant de certaines directions commandées à volonté et de le refouler dans un collecteur 8.dont les orifices 8a'8b et 8c débouchent dans les cases 5a,5b,5c. L'air peut ainsi pénétrer dans les cases alternativement, à chaque fond de course supérieure des pistons.
Les cases 5a et 5c, situées sous les deux cylindres 1 et l', sont réunies par un canal de communication 9. D'autre part, deux tubulures 10 et 10' font communiquer les cases 5a et 5c dans les-
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quelles elles débouchent par les orifices 11 et 11',avec les cy- lindres 1 et 1' dans lesquels elles débouchent par leurs orifices 12 et 12'. Les deux tubulures 10 et 10' sont munies de clapets 13 empêchant l'air de circuler des orifices 12 et 12', vers les orifi- ces 11 et 11'. De plus) dans les dites tubulures sont disposés des volets 14 et 14', permettant de régler l'admission, dans les cylin- dres, de l'air comprimé.
Les cylindres sont enveloppés à la manière ordinaire d'une chemise d'eau 15 communiquant avec le radiateur par deux tubulures 16 et 16', ce qui permet le fonctionnement du refroidissement par thermosiphon.
Les cylindres 1 et 1' sont surmontés de deux boules chaudes 17 et 17' non refroidies par l'eau de refroidissement et dans lesquel- les se fait l'arrivée du carburant. Ces boules sont enveloppées par une calotte 18 reliée au ventilateur et admettant avec une grande vitesse et à volonté, l'air de refroidissement des dites boules.
Les chambres de ventilation entourant les boules 17 et 17' sont reliées entr'elles par un collecteur 19 et reliées au centilateur par un collecteur 20.
Dans ce dernier sont disposés deux volets 21 et 22 servant à changer la direction de l'aspiration du ventilateur.
Lorsque le volet 21 est fermé, le volet 22 est ouvert et le ven- tilateur aspire directement l'air extérieur par une ouverture 23.
Lorsqu'inversement le volet 21 est ouvert et le volet 22 est fermé, l'air aspiré par le ventilateur provient des chambres de re- froidissement entourant les calottes 17 et 17'.
Les, volets 21 et 22 sont commandés simultanément par un levier 24.
Un carburateur à huiles lourdes 25 est disposé sur le côté du moteur. Sa cuve est logée dans une double enveloppe 26 conte- nant une réserve 27 d'huiles lourdes.
A la base de la double enveloppe 26 est aménagé un boisseai 28 dirigeant les gaz brûlés de l'échappement, soit vers le fond du car- burateur, soit vers la conduite 29 en communication avec l'extérieur.
Un robinet 30 permet le remplissage en huiles lourdes de la dou- ble enveloppé 26. Les dites huiles peuvent être réchauffés par les
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gaz d'échappement.
Un collecteur 31 aspire le carburant au moyen d'un cône 32 placé sur le gicleur central du carburateur 25 (figure 5).
Le collecteur 31 débouche dans le piston central 2 en y faisant une spire 33 et ressortant par l'orifice 34 rejoint l'extrémité 35 d'un carburateur 36 à carburants légers.
Un pointeau 37 contrôle l'admission des gaz venant des orifices 34 et du carburateur 36 et qui, par le conduit 38, parvient aux sou- papes 39 et 39' situées avant l'entrée du conduit dans les boules chaudes 17 et 17'. Le conduit se termine dans ces dernières par deux tubulures mobiles 40 et 40' . (figures 1 et 2) manoeuvrées par des le- viers 41 et 41' (figure 4) et qui permettent de faire débiter le car- burant soit vers le haut des boules chaudes, soit vers le bas, c'est-à-dire dans le cylindre.
A la partie supérieure des boules chaudes 17 et 17' sont si- tuées les bougies d'allumage 42 et 42'.
Les deux boules chaudes sont reliées entr'elles par deux con- duits 43 et 43' aboutissant à un boisseau central 44 présentant une voie 45 destinée à livrer passage au carburant. Le boisseau 44 est également en communication avec la partie supérieure du cylindre cen- tral 2 qu'il met alternativement en communication avec l'un ou l'autre des cylindres 1 et 1' à chaque fond de course,supérieure du piston central 4.
Ce, mouvement du boisseau est commandé par un excentrique 46 (figure 3) mû par deux pignons 47 et 48 de rapport 1 :2.
L'échappement des gaz brûlés se fait par une ouverture 49 si- tuée en regard de trois ouvertures 50a, 50b, 50c par lesquelles l'air peut passer, arrivant d'une canalisation assez large, 50 commu- niquant avec la case 5b. On voit ainsi que l'air admis dans cette ca- se est comprimé à la descente du piston 4 jusqu'au moment où celui- ci démasque les ouvertures 50a,50b,50c livrant ainsi passage à l'air qui s'engouffre dans le cylindre 2.
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Un tel dispositif présente un ensemble de caractéristiques.
La première caractéristique réside dans le contrôle de la com- pression par la modération de la suralimentation automatique et qui s'effectue comme suit, pour la marche aux huiles lourdes par exemple:
Sur les trois pistons, les deux primaires 1 et 1' sont calés à 360 , ils sont animés, pendant la marche, d'un mouvement identi- que et de même sens.
Diamétralement opposé, est calé le gros piston central 2, dit compound.
Attendu que les deux primaires, en remontant, ont aspiré deux cylindrées d'air provenant de l'extérieur dans le carter, au moment de la descente, ils comprimeront ces deux volumes.
Mais à la descente, un seul des deux pistons 1 et 1' est au temps "aspiration", il y a donc vide du coté cylindre, pression du côté carter 5.
Quand le,clapet 13 s'ouvre, l'air se précipite avec sa pro- pre pression acquise dans le carter 5, pression augmentée du vide produit par la descente du piston.
Le remplissage de la cylindrée est alors plus que total*
Or, si l'on a calculé la compression à un taux élevé en par- tant de la pression atmosphérique, il s'ensuit qu'on aura, grâce au jeu des volets 14 et 14', la faculté d'obtenir la surcompression qu'on limitera aux premiers cognements ou auto-allumages.
Mais à rencontre des moteurs ordinaires, on pourra maintenir la compressionconstante à tous les régimes.
La caractéristique suivante intéresse la combustion complète des huiles lourdes.
Pour ce faire, on fait aspirer le combustible mélangé d'air par un collecteur d'admission 33 de petit diamètre.
Avant d'entrer dans la boule chaude 17 ou 17', le collecteur 33 a fait un tour dans le compound 2. Le combustible est complète- ment vaporisé par la chaleur d'abord et le degré important du vide
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ensuite, créé par la descente du piston 3 ou 3', qui n'admettra l'air nécessaire à la combustion qu'au bas de sa course.
Ayant pénétré dans le cylindre 1 ou 1' sous Inaction;d'un vide intense et à une très grande vitesse, les gaz frais ont absorbé dans le vide une grande quantité de chaleur aux parois, leurs vapeurs ont envahi le cylindre 1 ou 1' jusqu'au, moment où le bord supérieur du piston 3 ou 3', découvrant l'orifice d'entrée d'air 12 ou 12', celui- ci rentre précipitamment en brassant les gaz. L'homogénéité est alors poussée au plus haut degré pratique.
Le piston, en remontant, comprime le mélange auquel il faut fai- re atteindre la chaleur nécessaire à l'inflammation spontanée. La combustion de la masse gazeuse commence alors, se propage et tend à devenir d'autant plus intégrale que la quantité d'air a été fournie plus abondamment grâce à la surcompression de l'air décrite plus haut.
Or, on a vu qu'en remontant, le compound 4 compresse de l'air, au moment où le boisseau. 44 le fait communiquer avec le cylindre primaire 1 ou l', dans lequel se produit la combustion. Une nouvelle masse d'air frais se trouve donc de nouveau en contact avec les gaz en ignition. La combustion s'achève alors et la pression augmente dans le compound qui en redescendant fournit un travail utile.
La détente se rapproche ainsi très près de l'adiabatique.
En effet, la masse d'air compressée par le compound 4 se dila- te au contact du feu du primaire 1 ou l'et l'abaissement de la tem- pérature due à la détente se trouve compensé par la réaction nouvel- le d'oxyde de carboné en gaz carbonique définitif. L'effet de cette dernière réaction devient un isotherme de la détente, d'ou com- bustion totale des huiles lourdes durant le temps prolongé par une seconde phase, ce qui est la seconde caractéristique du moteur.
La troisième caractéristique vise la faculté recherchée par les inventeurs de pouvoir augmenter la puissance sans changer de régime. En d'autres termes, pouvoir franchir un obstacle sans dimi- nution de régime.
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Cette caractéristique intéresse particulièrement l'automobile où.1.* intermittence des efforts est actuellement traitée par un changement de vitesse.
On verra tout d'abord comment cet effet peut être obtenu: avec l'huile lourde, quelle que soit la quantité de combustible injectée par aspiration dans le cylindre, le point d'inflammation spontanée sera toujours due à la chaleur de la compression et à la chaleur empruntée à la boule chaude.
On peut donc admettre plus ou moins de combustible dans les cy- lindres primaires puisque le grand excès d'air amené par le primai- re et le compound est toujours plus que suffisant.
On pourra donc calculer un moteur pour une puissance réelle normale et pour une quantité de combustible données avec tout l'air admissible plus que suffisant et admettre tout le combustible admissi- ble pour l'air total admis : obtenir la puissance maximum.
Quant aux carburants volatils pour la puissance normale d'uti- lisation, on admettra le carburant qui serait nécessaire à la cy- lindrée et si celle-ci aspirait l'air extérieur par le diffuseur d'un carburateur ordinaire, ceci en fermant convenablement les volets 14 et 14' reliés tous deux à une même commande.
Pour l'effort maximum, on ouvrira les dits volets jusqu'à l'auto- allumage et l'on augmentera la quantité de carburant pour toute la quantité d'air admissible. L'explosion sera riche dans les primaires et le comburant supplémentaire apporté par le compound terminera la combustion.
Dans le cas de la puissance normale, le compound servira de détendeur seulement avec bénéfice de l'augmentation de volume due au réchauffage de la masse d'air compressée du compound.
Les primaires, en remontant au moment de leur transvasement, travaillent en sens inverse mais la,différence des sections entre ceux-ci et le compound annule ce travail et il reste au compound sa propre section moins celle d'un primaire comme travail utile.
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La troisième caractéristique consiste donc dans la faculté d'aug- menter la puissance sans changer de régime.
La quatrième caractéristique vise le travail Constant sur l'arbre moteur. Il y a en effet travail utile à toutes les descentes de piston, c'est-à-dire à chaque demi-tour et ce avec trois cy- lindres.
La daquième caractéristique réside dans la façon d'introduire l'air dans le carter,
On voit sur le dessin (figures 1 et 2) que quelques degrés avant le point mort haut, le bord inférieur des pistons 3, 3' ou 4 découvre les orifices 8a,8b ou 8c. Ceci démontre que jusqu'à ce point les pis- tons ont fait, en remontant, le vide dans le carter.
Aussitôt que les orifices sont découverts, l'air refoulé par la volant-ventilateur 7 pénètre avec une vitesse ayant comme éléments moteurs le vide du côté carter, la pression dans le collecteur 8 et l'inertie de la veine d'air lancée.
Le remplissage est plus que total; il se produit à ce moment un effet identique à celai du remplissage des cylindrées, d'où cette caractéristique: remplissage forcé des carters par l'air refoulé par la ventilation.
La sixième caractéristique est la faculté de pouvoir lancer le moteur dans les deux sens.
Ceci est dû à l'absence presque totale de mécanisme. Le boisseau ayant autant d'avance à l'ouverture que de retard à la fermeture per- met également le renversement de marche sans inconvénient. Le moteur tourne dans les deux sens.
La septième caractéristique réside dans la façon de supprimer l'encrassement par le balayge à grande vitesse des boules 17 et 17'.
En effet, l'encrassement proprement dit ou les dépôts se forment ou se déposent partout où il n'y a pas mouvement des gaz.
Or ici, c'est le transvasement du primaire 1 ou 1' dans le com-, pound 2 en passant par la boule 17 ou 17' qui balaye la totalité des surf ace .
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La huitième caractéristique est la faculté de pouvoir rempla- cer l'enveloppe d'eau par une enveloppe d'air à laquelle la tubu- lure 23 sera constamment rattachée, ce qui permettra tout en four- nissant le refroidissement nécessaire de pouvoir récupérer un cer- tain nombre de calories et simplifier la construction.
De même qu'on pourra simplement refroidir par air le compound seulement qui gagnera à être tenu plus chaud que les primaires,.
Enfin, une dernière et importante caractéristique de l'invention est de pouvoir appliquer celle-ci à une foule de variantes dont la plus naturelle consistera à cloisonner les carters dans les types de moteurs actuels à essence à quatre, six, huit cylindres, etc.., et à relier deux à deux les cases des pistons calés à 3600 l'un par rap- port à l'autre, Un petit collecteur d'admission permettant de faire l'admission d'air au bas de la course d'aspiration comme le montre le dessin annexé, on obtiendra un moteur à surcompression automatique, dont le rendement sera très élevé et cela sans mécanisme, avec ou sans compound: considération très importante pour l'aviation.
Le fonctionnement se déduit de ce qui précède. Toutefois, le dé- part à froid du moteur sopèrera sur les deux carburateurs à la fois.
Une petite réserve de carburant volatil fournira un départ d'autant plus facile que le carburant se trouvera introduit dans le cylindre sous. un vide intense. Le feu se communiquera dès la première explosion au carburant lourd dont la combustion s'achèvera dans le compound.
Pour ne pas encrasser à froid, on pourra fermer le début du carburateur 25' et donner quelques coups d'accélérateurs pour réchauf- fer les coules 17 et 17'. On ouvrira ensuite l'huile lourde quelques secondes après, puis on damera l'arrivée du carburant volatil pour ne plus marcher que sur l'huile lourde.
Le ralenti s'opèrera puur l'huile lourde en fermant le pointeau 37 et en conservant toujours la même compression. C'est-à-dire que l'on aura moins de nombustible introduit, mais qui pourra s'en- flammer grâce à ce même taux de compression.
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Pour l'essence, même fonctionnement, puisqu'il a été dit que les volets 14 et 14' ont été judicieusement fermés pour n'admettre que la quantité d'air semblable à celle que pourrait lui fournir par as- piration le diffuseur d'un carburateur ordinaire.
L'accélération se fera pour l'huile lourde en ouvrant le poin- %eau 37. on sait que pour l'huile lourde au ralenti comme en puis- sance,la quantité d'air à admettre doit toujours être maximum.
Pour l'accélération sur les volatils, ce sera la même manoeu- vre, mais en tâtant le maximum d'air à introduire jusqu'à l'auto- allumage per la commande commune des volets 14 et 14'.
Ceci dit, le fonctionnement se poursuit avec un rythme tel qu'à chaque point mort haut des primaires alternativement, il y a une ex- plosion qui pousse le piston vers le bas, à ce moment le boisseau 44 avec une avance d'un douzième de tour environ met en communication le primaire 1 ou l'et le compound 2 qui, lui, effectue son échappement et son remplissage d'air à chaque fond de course bas, cest-à-dire d'après le fonctionnement type dit "à deux temps".
L'allumage peut être quelconque (magnéto, Delco, batterie, bobine haute tension, etc..).'
Le carburateur des carburants volatils 36 peut également être quelconque.
La commande du boisseau 44 peut être quelconque dé même que
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le boissero lui-même pourvu que le genre oUU'ture 46i ao-it eus om- plet et aussi décisif que possible à l'ouverture comme à la fermeture.